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研究テーマ「臓器設計技術の開発」


 臓器が機能を発揮するには、多種多様な細胞や細胞外マトリクスが適切な空間配位をとって微細構造を構築することが重要です。再生生物学研究室では、スフェロイドやオルガノイドと呼ばれるような、いわゆる「細胞凝集体」の内部微細構造を自在に設計するための技術群を開発し、肝臓や膵島、骨髄組織などの臓器機能にどのような微細構造が必要なのかを再構成的な手法で検証しています。細胞や細胞外マトリクスを構成単位として、様々なデザインをもつ臓器をつくることは、臓器機能が発現する仕組みの理解だけでなく、臓器機能を積極的に制御する方法の提案に繋がります。すなわち、インビトロでの薬物動態研究に特化した臓器や、移植時の生着効率を高めた臓器など、多種多様な目的に適した臓器をつくるための新たなデザインが次々に発見される可能性があるのです。これまで人類は、木や石、金属などをデザインすることで、様々なものづくりを行い、産業を発展させてきました。我々の研究室で得られる知見は、細胞や細胞外マトリクスをデザインすることで、これまでにないものづくり産業を勃興させるポテンシャルを秘めています。



(1)微細構造を有する肝類似組織の構築
 肝細胞を凝集させたいわゆる肝スフェロイドの形成は、肝機能を高める手法として一般的によく知られています。しかしながら、上皮細胞である肝細胞を無秩序に積層化することは、細胞に様々なストレスを与える結果にもなっています。我々は細胞と同程度の大きさを持つハイドロゲルビーズを作製し、これを肝細胞と一緒に凝集させることによって肝スフェロイド内部に「類洞様」の空間を作り込むことで、肝細胞を上皮細胞としてより適した状態で三次元培養する方法を開発しました。このような新しい手法によって培養した肝スフェロイドは、従来法では検出不可能であった肝機能の検討が可能となっていると考えられます。その他の開発中の技術や、マイクロ流体デバイス技術と組み合わせて、高機能なミニチュア肝臓デバイスの開発を行っています。
高機能な肝スフェロイドの作製法



(2)高い機能をもつ膵島様組織の構築
 膵β細胞は平面的に培養されている状態よりも三次元的に細胞凝集体を形成している方が、インスリン分泌活性が高いことが知られています。我々は、細胞凝集体の中に一定の比率で膵α細胞を混入すると、膵α細胞が膵β細胞の外側に自発的に移動・配位し、インスリン分泌活性が向上することを見いだしました。このような自発的な細胞の移動には、膵β細胞の表面に存在する糖鎖が関与していることがわかってきました。また、インスリン分泌活性の向上は膵α細胞が存在するだけではなく、特定の細胞配位をとることが重要であることを示唆するデータも得られつつあり、膵α細胞と膵β細胞の相互作用に関わっている分子の同定に取り組んでいます。
高機能な膵島のデザイン



(3)造血ニッチを備えた骨髄様組織の構築
 骨髄は骨の中にあるゼリー状の組織であり、造血のための重要な臓器です。その内部には造血ニッチと呼ばれる微小環境が構築されており、その実体の解明が進められています。我々はこのような造血ニッチを再構成的に検証することを目的として、一旦バラバラにした骨髄細胞を試験管内で三次元的に再構築する方法について研究を行っています。
骨髄細胞による凝集体作製



(4)その他、様々な細胞を用いた細胞凝集体作製
 上記の細胞の他にも多くの細胞種で細胞凝集体の培養に取り組んでいます。ある程度まとまった成果となればこちらで紹介をしていきます。共同研究にも積極的に取り組んでいますので、細胞凝集体の作製がうまくいかない場合などは、お気軽にご相談ください。


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